(57)【要約】【課題】  試料導入マイクロデバイスに要求される小型化を維持しながら、試料の温度上昇の防止、動作の信頼性の確保、及び液体消費量の低減による高価な試薬への適用を実現すること。【解決手段】  圧電素子１０の振動が加圧室１に伝搬されることで供給口７から供給された第１の液体が、微小流路４、加圧室１、微小流路５を経由して共有流路区間２１を流れる。供給口２２から供給された第２の液体は、微小流路１８を経由して共有流路始点ポイント１９へ到達する。この際、第１の液体が流れる微小流路１８が、微小流路５よりも断面積が小さく、流出口２３へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度で微小流路５に連結されているので、第１の液体の流れる力に牽引されて共有流路区間２１へ流れ込み、第１の液体と層流状態で流れる。そして、双方の液体が共有流路区間２１を層流状態で流れて１つの出口である流出口２３から流出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を輸送するための空洞と、液体を供給するための第１の入口及び液体を流出するための第１の出口と、第１の入口及び第１の出口の各々と空洞とを連結し且つ空洞の入口側と出口側とで流路抵抗差が付けられた第１の流路とを基板に形成し、空洞に振動発生手段で振動を与えることにより液体を第１の入口から第１の出口へ輸送する試料導入マイクロデバイスにおいて、
前記基板に、
前記第１の流路における前記空洞と前記第１の出口との区間に、この区間を第１の出口へ向かって流れる液体が流入しない角度で連結され、且つ前記区間よりも断面積が小さい第２の流路と、
前記第２の流路に液体を供給する第２の入口と
を備えたことを特徴とする試料導入マイクロデバイス。
【請求項２】
前記第２の流路は、前記第１の流路への連結部分に近い区間が湾曲状に加工されている
ことを特徴とする請求項１に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項３】
前記振動発生手段に、電圧印加によって所定周波数で振動する圧電素子を用いた
ことを特徴とする請求項１または２に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項４】
前記第１の流路の一部乃至は全てをディフューザ形状とした
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項５】
前記第１の流路における前記空洞と前記第１の出口との区間の流路内面において、主に第１の液体が流れる部分と、主に第２の液体が流れる部分との撥水性に差を付けた
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項６】
前記第１の流路における前記空洞と前記第１の出口との区間に、前記第２の流路が連結された箇所から層流状態に流れる第１及び第２の液体の界面に沿った長手形状のガイド
を更に備えたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項７】
前記基板に、
前記第１の流路における前記第２の流路の連結位置よりも前記第１の出口に近い位置で且つ第２の流路の連結側に、液体の流れ方向に当該第１の流路を分岐して形成された分岐流路と、
前記分岐流路を流れる液体を流出する第２の出口と
を更に備えたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項８】
前記基板に、
前記第１の流路に流れる第１の液体を前記第１の出口側へ分流し、この分流した第１の液体を前記第１の入口側へ戻す戻り流路
を更に備えたことを特徴とする請求項７に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項９】
前記第１の流路における前記第２の流路との連結位置から前記第１の出口までの間を、徐々に細くなるノズル形状流路とし、前記第１の出口を前記ノズル形状流路の先端開口部分となるノズル穴とした
ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項１０】
前記基板に、
前記第１の流路における前記第２の流路の連結位置よりも前記ノズル穴に近い位置で且つ第２の流路の連結側に、液体の流れ方向に当該第１の流路を分岐して形成されたノズル分岐流路と、
前記ノズル分岐流路を流れる液体を流出する出口と
を更に備えたことを特徴とする請求項９項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項１１】
前記基板に、
前記第２の流路の途中に分岐状に連結された第３の流路と、
前記第３の流路に流れる液体を流出する第３の出口と
を備えたことを特徴とする請求項１から６および９の何れか１項に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項１２】
前記第３の流路は、前記第２の流路における当該第３の流路への連結部分と前記第１の流路への連結部分との間の流路よりも断面積が大きい
ことを特徴とする請求項１１に記載の試料導入マイクロデバイス。
【請求項１３】
前記第２の流路に対する前記第３の流路の分岐状の連結は、前記第２の入口から流入された第２の液体が、その分岐状の連結部分で他方の分岐経路よりも第３の流路へ流れ込み易い角度でなされている
ことを特徴とする請求項１１または１２に記載の試料導入マイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成された微小な流路を用いて、微小容量の液体の混合・反応・分離・精製・抽出・分析などを行う、いわゆるマイクロポンプ、マイクロミキサ、マイクロリアクタ、μＴＡＳ（マイクロトータルアナリシスシステム）等と称される試料導入マイクロデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロマシニング技術を用いてシリコンやガラス、プラスチックなどの基板上に微小流路（マイクロチャンネル）を形成し、この流路に蓋をすることによって形成される微小空間を、各種液体の混合・反応・分離・精製・抽出・分析などの場に利用する試みが注目されている。これらの分野に供されるデバイスや装置は、その使用目的に応じて、マイクロポンプ、マイクロミキサ、マイクロリアクタ、μＴＡＳ等と呼ばれている。
【０００３】
このようなマイクロミキサにおいては、通常、反応流路の等価直径（流路の断面を円に換算したときの直径）が５００μｍよりも小さいものが微小流路とされている。このように、流路のスケールが微小化してくると、単位体積当たりの表面積が非常に大きくなるという特徴が得られる。
この特長によって、温度、圧力、濃度などの勾配が大きくなるため、熱伝導、物質移動拡散などの効率が向上し、反応系での反応時間の短縮、反応速度の向上等の利点が得られることになる。更に、微小反応で適量合成が可能であり、高い再現性も得られるので、薬品や触媒試薬類などの使用量を大幅に低減することができ、経済的にも有効である。
【０００４】
このような分野に供される試料導入マイクロデバイスの構成に関する従来技術として、次のような各種の方法が提案されている。
まず、図８に示すような、流体の運動エネルギーを圧力勾配に変換する機械要素を意味するディフューザ型と呼ばれるマイクロポンプに圧電素子を用いた形態の試料導入デバイスが知られている。図８（ａ）は試料導入マイクロデバイスの平面図、（ｂ）は試料導入マイクロデバイスを（ａ）に示すＡ１−Ａ２矢示線に沿って切断した際の断面図である。
【０００５】
この試料導入マイクロデバイスは、基板１７に蓋板１６が接合されて構成されており、加圧室１にディフューザ形状部分２，３を有する微小流路４，５が接続されている。微小流路４の上流は液体の供給源６につながる供給口７に接続され、微小流路５の下流は液体の導入先８につながる出口９に接続されている。
加圧室１部分の蓋板１６は、圧電素子１０を貼り付けた振動板１１となっている。圧電素子１０により振動を発生させ、振動板１１の変位により生じる液体の流れが、流路形状の抵抗差によって変化することを利用して、狭い方から広い方への流れを作り出している。
【０００６】
この他、図９（ａ）及び（ｂ）に示すような、インクジェット技術を応用したディスペンサー型の形態を持つ試料導入マイクロデバイスが知られている。図９（ａ）は試料導入マイクロデバイスの平面図、（ｂ）は試料導入マイクロデバイスを（ａ）に示すＢ１−Ｂ２矢示線に沿って切断した際の断面図である。
この試料導入マイクロデバイスは、基板１７ａに蓋板１６ａが接合されて構成されており、加圧室１に、微小流路１２，１３が接続されている。微小流路１２の上流は、液体の供給源６につながる供給口７に接続されている。微小流路１３の出口の形状は、毛細管効果を有するノズル形状流路１４で構成され、その出口部にノズル穴１５が設けられており、ノズル穴１５において、液体と気体の界面を形成する構造となっている。
【０００７】
加圧室１部分の蓋板１６は、圧電素子１０を貼り付けた振動板１１となっている。圧電素子１０により振動を発生させ、振動板１１の変位により生じる液体の流れによってノズル穴１５から液体を微小の液滴状に押し出し、ノズル形状流路の毛細管力を利用して、液体を供給している。
この種の従来の試料導入マイクロデバイスとして、例えば特許文献１及び非特許文献１に記載のものがある。
【特許文献１】特開平１０−３３７１７３号公報
【非特許文献１】Ｅｒｂａｃｈｅｒ，Ｃ．；Ｂｅｓｓｏｔｈ，Ｆ．Ｇ．;Ｂｕｓｃｈ，Ｍ．；Ｖｅｒｐｏｏｒｔｅ，Ｅ．；Ｍａｎｚ，Ａ．Ｍｉｋｒｏｃｈｉｍ  Ａｃｔａ  １９９９，１３３，１９．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の試料導入マイクロデバイスにおいては、圧電素子１０の振動によって液体の温度が上昇するため、タンパク質などの耐熱性の低い液体への適用が困難であるという問題がある。
また、液体によっては、圧電素子１０の振動を受けると気泡巻き込みが発生し易いので、動作の信頼性が低下するという問題がある。
【０００９】
更に、一旦、気泡巻き込みが発生すると、回復までに多量の液体を消費するため、高価な試薬への適用が困難であるという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、試料導入マイクロデバイスに要求される小型化を維持しながら、試料の温度上昇の防止、動作の信頼性の確保、及び液体消費量の低減による高価な試薬への適用を実現することができる試料導入マイクロデバイスを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による試料導入マイクロデバイスは、液体を輸送するための空洞と、液体を供給するための第１の入口及び液体を流出するための第１の出口と、第１の入口及び第１の出口の各々と空洞とを連結し且つ空洞の入口側と出口側とで流路抵抗差が付けられた第１の流路とを基板に形成し、空洞に振動発生手段で振動を与えることにより液体を第１の入口から第１の出口へ輸送する試料導入マイクロデバイスにおいて、前記基板に、前記第１の流路における前記空洞と前記第１の出口との区間に、この区間を第１の出口へ向かって流れる液体が流入しない角度で連結され、且つ前記区間よりも断面積が小さい第２の流路と、前記第２の流路に液体を供給する第２の入口とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、第１及び第２の入口に、例えば互いに異なる第１及び第２の液体を供給したとすると、第１の液体は、振動発生手段での振動によって第１の流路を輸送される。一方、第２の液体が、第２の流路を通って第１の流路との連結部分に到達したとする。この際、第２の流路は第１の流路よりも断面積が小さく、第１の出口へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度で第２の流路に連結されているので、第２の液体は、第１の液体の流れる力に牽引されて第１の流路へ流れ込み、第１の液体と層流状態で第１の出口へ流れる。この際、第１及び第２の液体は層流状態に流れるので、双方の液体は殆ど混合することはない。
【００１２】
ここで、第２の液体を目的達成のために必要な液体とすれば、第２の液体が、温度上昇に敏感な液体や、気泡巻き込みを発生しやすい液体であっても、従来のように振動発生手段の振動を直接受けずに、輸送することができる。このため、従来のような振動発生手段の振動による液体の温度上昇を回避することができ、これによって本試料導入マイクロデバイスをタンパク質などの耐熱性の低い液体に適用することができる。
【００１３】
また、従来のように振動発生手段の振動による気泡巻き込みも発生しないので、本試料導入マイクロデバイスでは動作の信頼性も確保することができる。更に、気泡巻き込みが発生しないので、従来のような気泡巻き込みの回復までに多量の液体を消費することがなくなるため、高価な試薬に適用することができる。
また、第１の流路に対する第２の流路の連結角度を小さくすると、第１の液体が、より強く牽引されることになるので、第２の液体の輸送効率を向上させることができる。
また、第２の流路は、第１の流路において第１の出口へ向かって流れる液体が流入しない角度で連結されているので、第２の流路を液体が逆流することはない。
【００１４】
また、本発明の請求項２による試料導入マイクロデバイスは、請求項１において、前記第２の流路は、前記第１の流路への連結部分に近い区間が湾曲状に加工されていることを特徴としている。
この構成によれば、第２の流路の湾曲状での遠心力によって第２の液体が第１の液体でより強く牽引されるので、第２の液体の輸送効率を向上させることができる。
【００１５】
また、本発明の請求項３による試料導入マイクロデバイスは、請求項１または２において、前記振動発生手段に、電圧印加によって所定周波数で振動する圧電素子を用いたことを特徴としている。
この構成によれば、高度な技術を使うことなく、圧電素子を用いた既存の技術を利用するだけで、容易に低コストで試料導入マイクロデバイスを製作することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項４による試料導入マイクロデバイスは、請求項１から３の何れか１項において、前記第１の流路の一部乃至は全てをディフューザ形状としたことを特徴としている。
この構成によれば、空洞の入口側と第１の出口側とで流路抵抗差を確実に付けることができるので、液体の輸送効率を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の請求項５による試料導入マイクロデバイスは、請求項１から４の何れか１項において、前記第１の流路における前記空洞と前記第１の出口との区間の流路内面において、主に第１の液体が流れる部分と、主に第２の液体が流れる部分との撥水性に差を付けたことを特徴としている。
この構成によれば、第１及び第２の液体が層流状態に流れる各々の部分の撥水性に差を付けることによって、第１及び第２の液体の層流状態をより高めることができる。
【００１８】
また、本発明の請求項６による試料導入マイクロデバイスは、請求項１から４の何れか１項において、前記第１の流路における前記空洞と前記第１の出口との区間に、前記第２の流路が連結された箇所から層流状態に流れる第１及び第２の液体の界面に沿った長手形状のガイドを更に備えたことを特徴としている。
この構成によれば、第１及び第２の液体の層流状態をより高めることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項７による試料導入マイクロデバイスは、請求項１から６の何れか１項において、前記基板に、前記第１の流路における前記第２の流路の連結位置よりも前記第１の出口に近い位置で且つ第２の流路の連結側に、液体の流れ方向に当該第１の流路を分岐して形成された分岐流路と、前記分岐流路を流れる液体を流出する第２の出口とを更に備えたことを特徴としている。
【００２０】
この構成によれば、第１の流路における第２の流路連結位置において第２の液体が第１の液体の力で引き込まれると双方の液体が層流状態に流れる。この流れ方向で第２の流路の連結側に分岐流路が形成されているので、層流状態に流れる第１及び第２の液体から、第２の液体が分岐流路で分岐されて第２の出口から流出される。従って、第１及び第２の液体を別々に各出口から取り出すことができる。
【００２１】
また、本発明の請求項８による試料導入マイクロデバイスは、請求項７において、前記基板に、前記第１の流路に流れる第１の液体を前記第１の出口側へ分流し、この分流した第１の液体を前記第１の入口側へ戻す戻り流路を更に備えたことを特徴としている。
この構成によれば、第１の出口から流出される第１の液体を第１の入口側へ戻して再利用することが可能となる。再利用する場合、第１の出口を塞いでおき、第１の入口から第１の液体を供給し、この第１の液体が戻り流路で戻されてきた時点で第１の入口も塞ぐ操作を行う。これによって、第１の液体が、第１の流路を経由して戻り流路で再度、第１の流路の第１の入口近傍へ戻され、この経路を循環する。この循環の過程において、第２の液体が上記同様に第１の液体に牽引され、そして分岐流路で分岐されて第２の出口から流出する。このように、第１の液体を循環させて用いるので、第１の液体の使用量を削減することができる。
【００２２】
また、本発明の請求項９による試料導入マイクロデバイスは、請求項１から４の何れか１項において、前記第１の流路における前記第２の流路との連結位置から前記第１の出口までの間を、徐々に細くなるノズル形状流路とし、前記第１の出口を前記ノズル形状流路の先端開口部分となるノズル穴としたことを特徴としている。
この構成によれば、第１及び第２の液体がノズル形状流路を流れ、ノズル穴から微小の液滴状に吐出されるので、ノズル穴の先に接続される導入先に、液滴の状態として液体を導入することができる。
【００２３】
また、本発明の請求項１０による試料導入マイクロデバイスは、請求項９において、前記基板に、前記第１の流路における前記第２の流路の連結位置よりも前記ノズル穴に近い位置で且つ第２の流路の連結側に、液体の流れ方向に当該第１の流路を分岐して形成されたノズル分岐流路と、前記ノズル分岐流路を流れる液体を流出する出口とを更に備えたことを特徴としている。
【００２４】
この構成によれば、第１の流路における第２の流路連結位置において第２の液体が第１の液体の力で引き込まれると双方の液体が層流状態に流れる。この流れ方向で第２の流路の連結側にノズル分岐流路が形成されているので、層流状態に流れる第１及び第２の液体から、第２の液体がノズル分岐流路で分岐されて出口から流出される。従って、ノズル穴から第１の液体を液滴状に取り出し、また、出口から第２の液体を液状に取り出すことができる。従って、液滴状と液状との双方の状態で用いる用途に有益となる。
【００２５】
また、本発明の請求項１１による試料導入マイクロデバイスは、請求項１から６および９の何れか１項において、前記基板に、前記第２の流路の途中に分岐状に連結された第３の流路と、前記第３の流路に流れる液体を流出する第３の出口とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、第１の流路を第１の液体が流れていない状態で、第２の入口から第２の液体が連続的に供給されても、第２の液体を第３の流路を通して第３の出口から流出させることができる。従って、液体の切り換え時に、第２の液体が第１の流路に流れ込んで逆流し、これによって検出器の新たな液体の測定に弊害を及ぼすといったことが無くなる。
【００２６】
また、本発明の請求項１２による試料導入マイクロデバイスは、請求項１１において、前記第３の流路は、前記第２の流路における当該第３の流路への連結部分と前記第１の流路への連結部分との間の流路よりも断面積が大きいことを特徴とする。
この構成によれば、第３の流路の断面積が、当該第３の流路と分岐関係にある流路よりも大きいので、第１の流路を第１の液体が流れていない状態で、第２の入口から供給された第２の液体は、分岐点で必然的に圧力抵抗の小さい第３の流路へ流れるようになる。
【００２７】
また、本発明の請求項１３による試料導入マイクロデバイスは、請求項１１または１２において、前記第２の流路に対する前記第３の流路の分岐状の連結は、前記第２の入口から流入された第２の液体が、その分岐状の連結部分で他方の分岐経路よりも第３の流路へ流れ込み易い角度でなされていることを特徴とする。
この構成によれば、第１の流路を第１の液体が流れていない状態で、第２の入口から供給された第２の液体が、分岐点で必然的に第３の流路へ流れるようになる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によれば、試料導入マイクロデバイスに要求される小型化を維持しながら、試料の温度上昇の防止、動作の信頼性の確保、及び液体消費量の低減による高価な試薬への適用を実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適時省略する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この試料導入マイクロデバイスは、図２（ａ）に平面図を示す蓋板１６ｂが、同図（ｂ）に示す基板１７ｃの上に接合されて構成されている。
基板１７ｂには、ディフューザ形状部分２，３を有する微小流路４，５が連結された加圧室１と、微小流路５の途中に分岐状に連結された微小流路１８とが形成され、また、微小流路５，１８が合流する共有流路始点ポイント１９から共有流路終点ポイント２０の区間が共有流路区間２１となっている。
【００３０】
微小流路１８は、微小流路５よりも断面積が小さく、当該微小流路５の長手方向の軸に対して、流出口２３へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度（０〜９０度）で微小流路５に連結されている。
蓋板１６ｂには、微小流路４の先端部に連結する位置に、各種溶液、薬品、試薬等の第１の液体を微小流路４に供給するための貫通穴による供給口７が設けられ、微小流路１８の先端部に連結する位置に、各種溶液、薬品、試薬等の第２の液体を微小流路１８に供給するための供給口２２が設けられ、更に、共有流路終点ポイント２０の先端部に連結する位置に、流体を取り出すための流出口２３が形成されている。この１つの流出口２３を、第１及び第２の液体が流出のために共有している。そして、加圧室１に対向する蓋板１６ｂの外面に圧電素子１０が設置されている。なお、基板１７ｂに蓋板１６ｂが接合されて一体となったものを基板とも見做す。
【００３１】
このような構成の試料導入マイクロデバイスにおいて、圧電素子１０の振動が加圧室１に伝搬されることによって、供給口７から供給された第１の液体が、微小流路４、加圧室１、微小流路５を経由して共有流路区間２１を流れる。
一方、供給口２２から供給された第２の液体は、微小流路１８を経由して共有流路始点ポイント１９へ到達する。この際、第１の液体が流れる微小流路１８が、微小流路５よりも断面積が小さく、流出口２３へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度で微小流路５に連結されているので、第１の液体の流れる力に牽引されて共有流路区間２１へ流れ込み、第１の液体と層流状態で流れる。そして、双方の液体が共有流路区間２１を層流状態で流れて１つの出口である流出口２３から流出する。
【００３２】
このような、第１の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、圧電素子１０の振動による外力に応じて流れる第１の液体の流れの力で、圧電素子１０の振動が伝達されない別の経路である微小流路１８を介して第２の液体を牽引して層流状態で搬送することができる。この際、第１及び第２の液体は層流状態に流れるので、双方の液体は殆ど混合することはない。
【００３３】
ここで、第２の液体を目的達成のために必要な液体とすれば、第２の液体が、温度上昇に敏感な液体や、気泡巻き込みを発生しやすい液体であっても、圧電素子１０の振動を直接受けずに輸送することができる。
このため、従来のような圧電素子１０の振動による液体の温度上昇を回避することができ、これによって本試料導入マイクロデバイスをタンパク質などの耐熱性の低い液体に適用することができる。
【００３４】
また、圧電素子１０の振動による気泡巻き込みも発生しないので、本試料導入マイクロデバイスでは動作の信頼性も確保することができる。更に、気泡巻き込みが発生しないので、従来のような気泡巻き込みの回復までに多量の液体を消費することがなくなるため、高価な試薬に適用することができる。
仮に、第１の液体において、気泡巻き込みが起こったとしても、回復作業で消費される液体の大半は第１の液体であるため、第２の液体が高価な試薬の場合でも、コストを最小限に抑えることができる。更に、気泡を巻き込みにくい性状の液体は、回復が容易であるため、回復機能のシステム化が可能となる。
【００３５】
また、牽引用の第１の液体に、耐熱性に優れ、気泡を巻き込みにくい性状の低価格な液体を用いれば、上記の効果をより効果的に得ることが可能となる。
また、牽引用の第１の液体が流れる微小流路５に分岐状に連結される微小流路１８は、その連結部分に近い部位が、微小流路５の軸に対して遠ざかるように湾曲されているので、遠心力によって第２の液体が第１の液体でより強く牽引されることになり、第２の液体の輸送効率を向上させることができる。
【００３６】
これは、微小流路５に対する微小流路１８の連結角度（０〜９０度）を小さくすることによっても、第２の液体がより強く牽引されることになるので、第２の液体の輸送効率を向上させることができる。
また、微小流路１８の連結角度は０〜９０度と、牽引用の第１の液体の流れ方向と同じ方向にならない角度にされているので、微小流路１８に液体が逆流することはない。
【００３７】
また、蓋板１６ｂの加圧室１の形成部分に圧電素子１０を貼り付けて振動板１１を構成し、これを第１の液体を輸送するための振動発生手段としているので、高度な技術を使うことなく、既存の技術を利用するだけで、容易に低コストで試料導入マイクロデバイスを製作することができる。
また、加圧室１の出入口側にディフューザ形状部分２，３を設けて、その出入口側の流路抵抗に差を付けているので、液体の輸送効率を向上させることができる。このような効果を得るために、ディフューザ形状部分２，３を設けない場合、加圧室１の出入口側の流路の長さを変えることによって出入口側の流路抵抗に差を付けてもよい。
【００３８】
更に、図１及び図２に表していない他の構成として、共有流路区間２１の流路内壁において、主に第１の液体が流れる部分と、主に第２の液体が流れる部分との撥水性に差を付けてもよい。このように撥水性に差を付けることによって、第１及び第２の液体の層流状態をより高めることができる。
また、図３に示すように、共有流路区間２１において、微小流路５と微小流路１８との連結箇所から層流状態に流れる第１の液体と第２の液体との界面に沿った長手形状のガイド２１ａを設けても良い。但し、ガイド２１ａは、蓋板１６ｂとの間に空間ができる高さとする。このようにガイド２１ａを設けることによっても、第１及び第２の液体の層流状態をより高めることができる。
【００３９】
この他、圧電素子１０、供給口７，２２及び流出口７の形状や配置位置に関しては、選択肢が複数有り、次に説明するように自由度を持たせることができる。
圧電素子１０は、加圧室１内の壁面や、基板１７における加圧室１に対向する外面など、上記同様に加圧室１内の第１の液体に振動を付与して搬送可能な位置であれば、試料導入マイクロデバイスの何れの位置でも良い。
【００４０】
供給口７，２２及び流出口７の配置位置は、蓋板１６ｂでなく、基板１７ｂの下面側としてもよい。この場合、蓋板１６ｂから供給口７，２２及び流出口７を無くし、基板１７における微小流路４，５，１８の先端部に下面に突き抜ける貫通穴を形成して供給口７，２２及び流出口７を設ければよい。
また、同様に蓋板１６ｂから供給口７，２２及び流出口７を無くし、基板１７における微小流路４，５，１８を延長して基板１７ｂの前後の端面に各微小流路４，５，１８が突き抜け、この突き抜けた部分を供給口７，２２及び流出口７としてもよい。
【００４１】
これらのような構成の試料導入マイクロデバイスにおいては、供給口７，２２及び流出口７が基板１７ｂの下面又は前後の端面に開口しているので、上記図１に示した試料導入マイクロデバイス構成では不可能な用途や仕様部材に適合させることができる。つまり、試料導入マイクロデバイスの用途や仕様装置に応じて、供給口及び流出口の配置を変えることによって、その用途や使用装置に適合した試料導入マイクロデバイスを提供することができる。
更に、上記の各種構成の試料導入マイクロデバイスの振動発生手段は、圧電素子に限定する必要は無く、他の手段であってもよい。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この図４に示す試料導入マイクロデバイスは、図１に示した基板１７ｂに更に共有流路区間２１から液体の流れ方向に分岐する微小流路２５を形成した基板１７ｃと、蓋板１６ｂに更に微小流路２５の先端部に連結する位置に貫通穴による第２の流出口２７を形成した蓋板１６ｃとを接合して構成したものである。
【００４３】
また、共有流路区間２１から分岐した微小流路２５は、第２の液体が供給されて流れる微小流路１８の湾曲部分のカーブに略沿って湾曲する形状とされ、且つ微小流路１８と同じ断面積となされている。
また、共有流路区間２１から微小流路２５を分岐して形成したので、その分岐部分から流出口２３へ至る微小流路２４も分岐流路となる。
【００４４】
このような構成の試料導入マイクロデバイスにおいては、第１の実施の形態で説明したと同様に共有流路区間２１を第１及び第２の液体が層流状態で流れる。ここで、微小流路２５が、第２の液体が供給されて流れる微小流路１８の湾曲部分のカーブに略沿って湾曲する形状となされているので、共有流路区間２１を層流状態となって流れる第２の液体は、そのカーブに沿って微小流路２５へ分岐して流れ、流出口２７から流出する。このため、共有流路区間２１から分岐する他方の微小流路２４には、主に第１の液体のみが流れ、流出口２３から流出する。
但し、第１及び第２の液体は、共有流路区間２１を層流状態に流れるので、その界面では僅かに混合する。このため、分岐された一方の微小流路２５に流れる第２の液体には僅かに第１の液体が混じり、他方の微小流路２４に流れる第１の液体には僅かに第２の液体が混じる。
【００４５】
このような、第２の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、第１の液体の流れの力で、第２の液体を牽引して層流状態で搬送し、この層流状態で流れる双方の液体から第２の液体を分岐して流出口２７から取り出せるようにしたので、第１及び第２の液体を別々に各流出口から取り出すことができる。
但し、第２の実施の形態の試料導入マイクロデバイスは、各流出口から取り出される双方の液体に互いに他方の液体が僅かに混入するので、他方の液体が混入することを許容可能な用途において有益に適用可能となる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この図５に示す試料導入マイクロデバイスは、図４に示した基板１７ｃに更にループ状微小流路２８を形成した。このループ状微小流路２８は、流出口２３に近い部分と、分岐流路４の供給口７に近い部分とに連結されて形成されており、流出口２３から流出される第１の液体を供給口７側へ戻して再利用するために用いられる。
【００４７】
ループ状微小流路２８で第１の液体を再利用する場合、流出口２３を塞いでおき、供給口７から第１の液体を供給し、この第１の液体がループ状微小流路２８で戻されてきた時点で供給口７も塞ぐ。これによって、第１の液体は、微小流路４、ディフューザ形状部分２、加圧室１、ディフューザ形状部分３、共有流路区間２１、微小流路２４の流出口２３近傍を経由してループ状微小流路２８で再度、微小流路４の供給口７近傍へ戻され、この経路を循環する。
【００４８】
この循環の過程において、第２の液体は上記同様に第１の液体に牽引され、そして分岐流路２５で分岐されて流出口２７から流出される。
このような、第３の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、第１の液体を循環させて用いるので、第１の液体の使用量を削減することができる。
但し、第３の実施の形態の試料導入マイクロデバイスは、第１の液体が循環を繰り返すうちに純度が低下してくるので、それを許容可能な用途において有益に適用可能となる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この図６に示す試料導入マイクロデバイスは、図１に示した試料導入マイクロデバイスの流出側を、液体を液滴状に吐出させるノズル構造としたものである。即ち、基板１７ｅが次のように形成されている。供給口７から加圧室１までの間を接続する一定径の微小流路１２を形成し、また、加圧室１から基板１７ｅの端面に向かって一定径の微小流路１３で延長されたのち徐々に細くなって先端（端面）にノズル穴３０が開口するノズル形状流路１４を形成する。また、微小流路１３とノズル形状流路１４との境界部分（共有流路始点ポイント１９）に分岐状に連結された微小流路１８を形成する。そして、微小流路１８が連結された共有流路始点ポイント１９からノズル穴３０部分までの共有流路終点ポイント２０の区間が共有流路区間２９となっている。
【００５０】
このような構成の試料導入マイクロデバイスにおいて、圧電素子１０の振動が加圧室１に伝搬されることによって、供給口７から供給された第１の液体が、微小流路１２、加圧室１、微小流路１３を経由して共有流路区間２９へ流れる。一方、供給口２２から供給された第２の液体は、微小流路１８を経由して共有流路始点ポイント１９へ到達する。
【００５１】
この際、第１の液体が流れる微小流路１８が、微小流路１３よりも断面積が小さく、ノズル形状流路１４へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度で共有流路始点ポイント１９に連結されているので、第１の液体の流れる力に牽引されて共有流路区間２９へ流れ込み、第１の液体と層流状態で流れる。そして、双方の液体がノズル形状流路１４を流れ、ノズル穴３０から微小の液滴状に吐出される。
従って、この第４の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、ノズル穴３０の先の導入先に、液滴の状態として液体を導入することができる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この図７に示す試料導入マイクロデバイスは、図６に示した基板１７ｅに更に共有流路区間２９から液体の流れ方向に分岐する微小流路２５を形成した基板１７ｆと、蓋板１６ｅに更に微小流路２５の先端部に連結する位置に貫通穴による第２の流出口２７を形成した蓋板１６ｆとを接合して構成したものである。
また、共有流路区間２９から分岐した微小流路２５は、第２の液体が供給されて流れる微小流路１８の湾曲部分のカーブに略沿って湾曲する形状とされ、且つ微小流路１８と同じ断面積となされている。また、共有流路区間２９から微小流路２５を分岐して形成したので、その分岐部分からノズル穴３０へ至るノズル形状流路１４も分岐流路となる。
【００５３】
このような構成の試料導入マイクロデバイスにおいては、第４の実施の形態で説明したと同様に、共有流路区間２９を第１の液体に牽引されて第２の液体が流れるので、第１及び第２の液体が層流状態で流れる。ここで、微小流路２５が、第２の液体が供給されて流れる微小流路１８の湾曲部分のカーブに略沿って湾曲する形状となされているので、共有流路区間２９を層流状態となって流れる第２の液体は、そのカーブに沿って微小流路２５へ分岐して流れ、流出口２７から流出する。このため、共有流路区間２９から分岐する他方のノズル形状流路１４には、主に第１の液体のみが流れ、流出口２３から流出する。
【００５４】
但し、第１及び第２の液体は、共有流路区間２９を層流状態に流れるので、その界面では僅かに混合する。このため、分岐された一方の微小流路２５に流れる第２の液体には僅かに第１の液体が混じり、他方のノズル形状流路１４に流れる第１の液体には僅かに第２の液体が混じる。
このような、第５の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、第１の液体の流れの力で、第２の液体を牽引して層流状態で搬送し、この層流状態で流れる双方の液体から第２の液体を分岐して流出口２７から取り出せるようにした。これによって、ノズル穴３０から第１の液体を液滴状に取り出し、また、流出口２７から第２の液体を取り出すことができる。従って、液滴状と液状との双方の状態で用いる用途に有益となる。
但し、第５の実施の形態の試料導入マイクロデバイスは、別々に取り出される液体に互いに他方の液体が僅かに混入するので、他方の液体が混入することを許容可能な用途において有益に適用可能となる。
【００５５】
（第６の実施の形態）
図１０は、本発明の第６の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この試料導入マイクロデバイスは、図１１（ａ）に平面図を示す蓋板３１が、同図（ｂ）に示す基板３２の上に接合されて構成されている。
基板３２には、ディフューザ形状部分２，３を有する微小流路４，５が連結された加圧室１と、微小流路５の途中に分岐状に連結された微小流路３４と、この微小流路３４の先端に連結された微小流路３３と、これら微小流路３３，３４の連結位置に分岐状に連結され、この分岐点ポイント３７からＵ字型に延長されたＵ字型微小流路３５とが形成されている。また、微小流路５，３４が合流する共有流路始点ポイント１９から共有流路終点ポイント２０の区間が共有流路区間２１となっている。
【００５６】
蓋板３１には、微小流路４の先端部に連結する位置に、第１の液体を微小流路４に供給するための貫通穴による供給口７が設けられ、微小流路３３の先端部に連結する位置に、第２の液体を微小流路３４に供給するための供給口２２が設けられ、また、Ｕ字型微小流路３５の先端部に連結する位置に、流体を取り出すための流出口３６が設けられている。更に、共有流路終点ポイント２０の先端部に連結する位置に、流体を取り出すための流出口２３が設けられ、この１つの流出口２３を、第１及び第２の液体を流出させるために共有している。
【００５７】
また、微小流路３４は、微小流路５よりも断面積が小さく、当該微小流路５の長手方向の軸に対して、流出口２３へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度（０〜９０度）で微小流路５に連結されている。
更に、Ｕ字型微小流路３５は、微小流路３４よりも断面積が大きく、供給口２２から供給されて微小流路３３を流れる第２の液体が、他方の微小流路３４よりも流れ込み易い角度で微小流路３３と連結されている。
【００５８】
このＵ字型微小流路３５は、Ｕ字型でなくとも、微小流路３３を流れる第２の液体が、他方の微小流路３４よりも流れ込み易ければ、微小流路３３の長手方向の軸と同方向に延長してもよい。この場合、流出口３６は流出口２３の近傍に配置されることになる。但し、図１０のように、供給口７，２２及び流出口３６が一端側に纏まって配置されている構成の方が、供給口７，２２及び流出口３６に装置を接続し易くなる。
【００５９】
また、加圧室１に対向する蓋板３１の外面に圧電素子１０が設置されている。なお、基板３２に蓋板３１が接合されて一体となったものを基板とも見做す。
このような構成の試料導入マイクロデバイスを、例えば分析装置の試料導入に適用する場合、供給口７に第１の液体の供給装置（図示せず）を接続すると共に、供給口２２に第２の液体を供給する液体クロマトグラフィ（図示せず）を接続し、流出口２３に液体の検出器（図示せず）を接続する。また、流出口３６には図示せぬ第２の液体を受け取る手段を接続する。
そして、圧電素子１０を駆動させることによって、供給口７に供給されている第１の液体を取り込む。つまり、圧電素子１０の振動が加圧室１に伝搬されることによって、供給口７から供給された第１の液体が、微小流路４、加圧室１、微小流路５を経由して共有流路区間２１を流れる。
【００６０】
また、液体クロマトグラフィに装備されているポンプを起動させることにより第２の液体を供給口２２から流入して微小流路３３へ流す。この微小流路３３を流れる第２の液体は、分岐点ポイント３７へ到達する。ここで、共有流路区間２１には、第１の液体が流れているので、第２の液体は、第１の液体の流れる力に牽引されて共有流路区間２１へ流れ込み、第１の液体と層流状態で流れる。そして、双方の液体が共有流路区間２１を層流状態で流れて流出口２３から検出器へ流出する。この際、微小流路３４は、微小流路５よりも断面積が小さく、流出口２３へ向かって流れる第１の液体が流入しない角度で微小流路５に連結されているので、第１の液体が微小流路３４へ逆流することは無い。
【００６１】
このように、検出器において第１及び第２の液体を測定することができる。この測定は、液体を所定量流すことにより測定量が急峻な山状となるピーク値を検出することによって行われる。そのピーク値は、液体に応じて異なるので、ピーク値を見ればどの液体かが判断可能なようになっている。
検出器の種類によっては、ある液量を導入した時点で、このピーク値が出終わるまでは、次の液体の導入を止めておくことが要求される。これを実施するために圧電素子１０の駆動を止める。しかし、液体クロマトグラフィのポンプは、通常駆動しっぱなしなので、供給口２２からは第２の液体が供給され続けることになる。
【００６２】
この際に、図１に示した構成の試料導入マイクロデバイスであれば、第２の液体が共有流路区間２１に流れ込み、これが微小流路５及びディフューザ形状部分３を通って逆流することになる。この逆流した液体が、次に新たに供給される液体に混じって、新たな測定に弊害を及ぼすことになる。
しかし、本実施の形態では、Ｕ字型微小流路３５が設けられているので、上述のように圧電素子１０が停止状態で第２の液体が連続的に供給され続けたとしても、第２の液体はＵ字型微小流路３５を通って流出口３６へ流れる。
【００６３】
この理由は、Ｕ字型微小流路３５が、微小流路３４よりも断面積が大きく、分岐点ポイント３７で分岐された他方の微小流路３４よりも第２の液体が流れ込み易い角度となっており、これに加え、圧電素子１０の停止によって第１の液体が共有流路区間２１を流れず第１の液体による牽引力がないからである。
従って、第６の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、液体の切り換え時に、第２の液体が共有流路区間２１に流れ込んで逆流し、これによって検出器の新たな液体の測定に弊害を及ぼすといったことが無くなる。換言すれば、液体の切り換えを弊害無くスムーズに短時間で行うことができる。
【００６４】
（第７の実施の形態）
図１２は、本発明の第７の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
この図１２に示す試料導入マイクロデバイスは、図１０に示した試料導入マイクロデバイスの流出側を、液体を液滴状に吐出させるノズル構造としたものである。即ち、基板３２ｅが次のように形成されている。供給口７から加圧室１までの間を接続する一定径の微小流路１２を形成し、また、加圧室１から基板３２ｅの端面に向かって一定径の微小流路１３で延長されたのち徐々に細くなって先端（端面）にノズル穴３０が開口するノズル形状流路１４を形成する。
【００６５】
ノズル穴３０は、ノズル形状流路１４を形成した後、基板３２ｅの端面を平坦に切削することによって形成する。
このような構成の試料導入マイクロデバイスにおいては、共有流路区間２９を層流状態で流れる第１及び第２の液体が、ノズル形状流路１４を流れ、ノズル穴３０から微小の液滴状に吐出される。
【００６６】
従って、この第７の実施の形態の試料導入マイクロデバイスによれば、ノズル穴３０の先の導入先に、液滴の状態として液体を導入することができる。
また、分岐点ポイント３７からＵ字型微小流路３５を形成し、このＵ字型微小流路３５の先端の流出口３６を、供給口７，２２と同じ端面側に配置したので、ノズル穴３０を形成する際の他端面の切削を容易に行うことができる。この切削端面に流出口３６が配置される構成では切削を容易に行えない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【図２】（ａ）は第１の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの蓋板の平面図、（ｂ）は基板の平面図である。
【図３】本実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの共有流路区間に設けられるガイドを示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【図８】従来の試料導入マイクロデバイスの構成を示し、（ａ）は試料導入マイクロデバイスの平面図、（ｂ）は試料導入マイクロデバイスを（ａ）に示すＡ１−Ａ２矢示線に沿って切断した際の断面図である。
【図９】従来のインクジェット技術を応用した試料導入マイクロデバイスの構成を示し、（ａ）は試料導入マイクロデバイスの平面図、（ｂ）は試料導入マイクロデバイスを（ａ）に示すＢ１−Ｂ２矢示線に沿って切断した際の断面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【図１１】（ａ）は第６の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの蓋板の平面図、（ｂ）は基板の平面図である。
【図１２】本発明の第７の実施の形態に係る試料導入マイクロデバイスの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  加圧室
２，３  ディフューザ形状部分
４，５，１８，２４，２５，３３，３４  微小流路
７，２２  供給口
１０  圧電素子
１４  ノズル形状流路
１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｅ，１６ｆ，３１，３１ｅ  蓋板
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，３２，３２ｅ  基板
１９  共有流路始点ポイント
２０  共有流路終点ポイント
２１，２９  共有流路区間
２３，２７，３６  流出口
２８  ループ状微小流路
３０  ノズル穴
３５  Ｕ字型微小流路
【図１】
2005326392.tif 000003
【図２】
2005326392.tif 000004
【図３】
2005326392.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005326392.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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